箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

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1.箱體的主要功能 (1)支承并包容各種傳動(dòng)零件，如齒輪、軸、軸承等，使它們能夠保持正常的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)精度。箱體還可以儲(chǔ)存潤滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤滑。 (2)安全保護(hù)和密封作用，使箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境的影響，又保護(hù)機(jī)器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔熱和隔音作用。 (3)使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。 (4)改善機(jī)器造型，協(xié)調(diào)機(jī)器各部分比例，使整機(jī)造型美觀。 2.箱體的分類 按箱體的功能可分為： (1)傳動(dòng)箱體，如減速器、汽車變速箱及機(jī)床主軸箱等的箱體，主要功能是包容和支承各傳動(dòng)件及其支承零件，這類箱體要求有密封性、強(qiáng)度和剛度。見圖21-6。 (2)泵體和閥體，如齒輪泵的泵體，各種液壓閥的閥體，主要功能是改變液體流動(dòng)方向、流量大小或改變液體壓力。這類箱體除有對前一類箱體的要求外，還要求能承受箱體內(nèi)液體的壓力。 (3)支架箱體，如機(jī)床的支座、立柱等箱體零件，要求有一定的強(qiáng)度、剛度和精度，這類箱體設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意剛度和外觀造型。 按箱體的制造方法分，主要有： (1)鑄造箱體，常用的材料是鑄鐵，有時(shí)也用鑄鋼、鑄鋁合金和鑄銅等。鑄鐵箱體的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形狀可以較復(fù)雜，有較好的吸振性和機(jī)加工性能，常用于成批生產(chǎn)的中小型箱體。 (2)焊接箱體，由鋼板、型鋼或鑄鋼件焊接而成，結(jié)構(gòu)要求較簡單，生產(chǎn)周期較短。焊接箱體適用于單件小批量生產(chǎn)，尤其是大件箱體，采用焊接件可大大降低成本。 (3)其它箱體，如沖壓和注塑箱體，適用于大批量生產(chǎn)的小型、輕載和結(jié)構(gòu)形狀簡單的箱體。 2 設(shè)計(jì)的主要問題和設(shè)計(jì)要求 箱體設(shè)計(jì)首先要考慮箱體內(nèi)零件的布置及與箱體外部零件的關(guān)系，如車床按兩頂尖要求等高，確定箱體的形狀和尺寸，此外還應(yīng)考慮以下問題： 1.滿足強(qiáng)度和剛度要求。對受力很大的箱體零件，滿足強(qiáng)度是一個(gè)重要問題；但對于大多數(shù)箱體，評定性能的主要指標(biāo)是剛度，因?yàn)橄潴w的剛度不僅影響傳動(dòng)零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 2.散熱性能和熱變形問題。箱體內(nèi)零件摩擦發(fā)熱使?jié)櫥驼扯茸兓绊懫錆櫥阅?；溫度升高使箱體產(chǎn)生熱變形，尤其是溫度不均勻分布的熱變形和熱應(yīng)力，對箱體的精度和強(qiáng)度有很大的影響。 3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。如支點(diǎn)的安排、筋的布置、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等均要有利于提高箱體的強(qiáng)度和剛度。 4.工藝性好。包括毛坯制造、機(jī)械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運(yùn)輸、維護(hù)修理等各方面的工藝性。 5.造型好、質(zhì)量小。 設(shè)計(jì)不同的箱體對以上的要求可能有所側(cè)重。 3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 箱體的形狀和尺寸常由箱體內(nèi)部零件及內(nèi)部零件間的相互關(guān)系來決定，決定箱體結(jié)構(gòu)尺寸和外觀造型的這一設(shè)計(jì)方法稱為"結(jié)構(gòu)包容法"，當(dāng)然還應(yīng)考慮外部有關(guān)零件對箱體形狀和尺寸的要求。 箱體壁厚的設(shè)計(jì)多采用類比法，對同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，參照設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計(jì)手冊等資料提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定壁厚、筋板和凸臺等的布置和結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于重要的箱體，可用計(jì)算機(jī)的有限元法計(jì)算箱體的剛度和強(qiáng)度，或用模型和實(shí)物進(jìn)行應(yīng)力或應(yīng)變的測定，直接取得數(shù)據(jù)或作為計(jì)算結(jié)果的校核手段。 1.箱體的毛坯、材料及熱處理 (1)箱體的毛坯：選用鑄造毛坯或焊接毛坯，應(yīng)根據(jù)具體條件進(jìn)行全面分析決定。鑄造容易鑄造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體毛坯，焊接箱體允許有薄壁和大平面，而鑄造卻較困難實(shí)現(xiàn)薄壁和大平面。 焊接箱體一般比鑄造箱體輕，鑄造箱體的熱影響變形小，吸振能力較強(qiáng)，也容易獲得較好的結(jié)構(gòu)剛度。 (2)箱體的材料和熱處理 箱體的常用材料有： 鑄鐵 多數(shù)箱體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動(dòng)性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強(qiáng)，動(dòng)態(tài)剛性和機(jī)加工性能好，價(jià)格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。具體牌號查閱有關(guān)手冊。 鑄造鋁合金 用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，有足夠的強(qiáng)度和較好的塑性。 鋼材 鑄鋼有一定的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，較好的導(dǎo)熱性和焊接性，機(jī)加工性能也較好，但鑄造時(shí)容易氧化與熱裂。箱體也可用低碳鋼板和型鋼焊接而成。 箱體的熱處理： 鑄造或箱體毛坯中的剩余應(yīng)力使箱體產(chǎn)生變形，為了保證箱體加工后精度的穩(wěn)定性，對箱體毛坯或粗加工后要用熱處理方法消除剩余應(yīng)力，減少變形。常用的熱處理措施有以下三類： A)熱時(shí)效。鑄件在500～600C下退火，可以大幅度地降低或消除鑄造箱體中的剩余應(yīng)力。 B)熱沖擊時(shí)效。將鑄件快速加熱，利用其產(chǎn)生的熱應(yīng)力與鑄造剩余應(yīng)力疊加，使原有剩余應(yīng)力松弛。 C)自然時(shí)效。自然時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效可以提高鑄件的松弛剛性，使鑄件的尺寸精度穩(wěn)定。 2.箱體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 (1) 壁厚 鑄鐵、鑄鋼和其它材料箱體的壁厚可以從表21-2中選取，表中N用下式計(jì)算： N=（2L+B+H）/3000 （mm） 式中L-鑄件長度（mm），L、B、H中，L為最大值； B-鑄件寬度（mm）； H-鑄件高度（mm）； 表21-2 鑄造箱體的壁厚 儀器儀表鑄造外殼的最小壁厚參考表21-3選取 (2)加強(qiáng)筋 為改善箱體的剛度，尤其是箱體壁厚的剛度，常在箱壁上增設(shè)加強(qiáng)筋，若箱體中有中間短軸或中間支承時(shí)，常設(shè)置橫向筋板。筋板的高度H不應(yīng)超過壁厚t的（3-4）倍，超過此值對提高剛度無明顯效果。加強(qiáng)筋的尺寸見表21-4。 (3)孔和凸臺 箱體內(nèi)壁和外壁上位于同一軸線上的孔，從機(jī)加工角度要求，單件小批量生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)盡可能使孔的質(zhì)量相等；成批大量生產(chǎn)時(shí)，外壁上的孔應(yīng)大于內(nèi)壁上的孔徑，這有利于刀具的進(jìn)入和退出。箱體壁上的開孔會(huì)降低箱體的剛度，實(shí)驗(yàn)證明，剛度的降低程度與孔的面積大小成正比。 在箱壁上與孔中心線垂直的端面處附加凸臺，可以增加箱體局部的剛度；同時(shí)可以減少加工面。當(dāng)凸臺直徑D與孔徑d的比值D/d≤2和凸臺高度h與壁厚t的比值t/h≤2時(shí)，剛度增加較大；比值大于2以后，效果不明顯。如因設(shè)計(jì)需要，凸臺高度加大時(shí)，為了改善凸臺的局部剛度，可在適當(dāng)位置增設(shè)局部加強(qiáng)筋。見圖21-8。 圖21-8 (4)連接和固定 箱體連接處的剛度主要是結(jié)合面的變形和位移，它包括結(jié)合面的接觸變形，連接螺釘?shù)淖冃魏瓦B接部位的局部變形。為了保證連接剛度，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問題： 1)重要結(jié)合面表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于3.2um，接觸表面粗糙度值越小，則接觸剛度越好。 2)合理選擇聯(lián)結(jié)螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，保證結(jié)合面的預(yù)緊力。為了保證結(jié)合面之間的壓強(qiáng)，又不使螺釘直徑太大，結(jié)合面的實(shí)際接觸面積在允許范圍內(nèi)盡可能減小。如圖19-9。 3)合理設(shè)計(jì)聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)部位的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)及應(yīng)用見表21-5。 表21-5 (end)